7.3. Акустическое возбуждение сверхзвуковых струй. Активное управление

Рассмотрим некоторые результаты экспериментального исследования воздействия внешнего источника акустических возмущений на сверхзвуковые неизобарические струи. При помощи теневой фотосъемки изучалось поперечное акустическое облучение струи [7.10], истекающий из конического сопла, от газоструйного излучателя степень нерасчетности Излучатели располагались на различных расстояниях от оси струи. Уровень звукового давления на срезе сопла Воздействию звука подвергались в основном ближняя к излучателю граница струи. На рис. 7.2 приведена зависимость угла полураствора ближней границы струи от относительной интенсивности звука, равной отношению интенсивности звука в падающей волне на кромке сопла в отсутствие струи к полному давлению в струе на срезе сопла На соответствуют позициям 1-5 соответствуют степени нерасчетности . Важно отметить, что в указанных экспериментах влияния частоты внешнего воздействия на расширение сверхзвуковой струи не было обнаружено.

Рассмотрение процесса взаимодействия в динамике по кинограмме процесса показало, что струя не совершает колебаний. Было также установлено, что взаимодействие звука от внешнего источника со сверхзвуковой струей сопровождается излучением струей интенсивного звука, распрастраняющегося на частоте внешнего воздействия в направлении, составляющем угол 20 - 30° с осью струи. То обстоятельство, что в указанном эксперименте только ближняя граница струи подвергается заметному воздействию, возможно, связано с недостаточно высоким уровнем звукового воздействия на удаленную от излучателя границу струи.

Важно отметить, что в указанном эксперименте не было обнаружено сколько-нибудь заметного воздействия звука на уже образовавшиеся возмущения. Возмущения в сверхзвуковой струе под действием внешнего источника звука возникают на границе струи вблизи выходного сечения сопла.

Рис. 7.2. Зависимость угла полураствора ближней границы струи от интенсивности поперечного акустического облучения при

Для выяснения возможности управления структурой и спектром шума сверхзвуковых струй были исследованы изменения, которые происходят в них при внешнем высокоинтенсивном акустическом воздействии на различных частотах [7.7]. Струи истекали из осесимметричных и плоских сопел при Их кинетическая энергия изменялась в диапазоне Воздействие звука обеспечивось двумя газоструйными излучателями, которые перекрывали диапазон частот от 10 до и имели мощности Источники звука устанавливались в фокусе эллиптического концентратора с эксцентриситетом 0,5. Второй фокус концентратора был направлен на ось струи в точку отстоящую от среза сопла на расстояние Звуковое давление в точке было равно

Акустическое воздействие на струю оценивалось по изменению спектра шума струи, а также по изменению угла раскрытия основного участка струи а и длины сверхзвукового участка. Результаты экспериментов показали, что характер поперечного акустического возбуждения сверхзвуковой струи существенно зависит от отношения акустической мощности излучателя к кинетической энергии струи а также от относительной длины где ширина или диаметр сопла. Оказалось, что при происходит захват частоты во всем исследованном диапазоне т.е. поперечные колебания плоской сверхзвуковой струи происходят с частотой внешнего воздействия. Поэтому в спектре шума наблюдается только составляющая с частотой внешнего излучения.

Рис. 7.3. Схема акустического воздействия на сверхзвуковую струю

На приведен спектр шума свободной сверхзвуковой струи, истекающей из плоского сопла при . В нем присутствуют дискретная частота и кратные ей гармоники. При внешнем звуковом воздействии с частотой при отношениях в спектре шума струи наблюдается составляющая с частотой этого воздействия.

На представлены зависимости изменения угла раскрытия основного участка осесимметричной струи от давления в форкамере при различной частоте воздействия и изменения относительной длины сверхзвукового участка при различной частоте воздействия

Эффективность воздействия внешнего излучения на сверхзвуковые струи при увеличении падает. Это иллюстрируется зависимостями на для плоской струи атм, Этот вывод согласуется с данными работы [7.11], согласно которой воздействие поперечного акустического облучения сверхзвуковой струи становится особенно ощутимым при акустическом облучении кромки сопла. В этой же работе указывается, что при воздействии на сверхзвуковую струю пилообразных звуковых волн ее ударноволновая структура может разрушиться, что приводит к значительным изменениям в излучении шума. Так, показано, что при этом в направлении максимального излучения в области частот вблизи максимума спектра излучаемой акустической мощности наблюдается снижение широкополосного шума на величину до

В заключение рассмотрим результаты экспериментального исследования акустических характеристик дальнего поля сверхзвуковых турбулентных струй, истекающих из конического сопла и сопла Лаваля, т.е. недорасширенных и расчетных [7.15]. При этом в обоих случаях и Струи подвергались продольному низкочастотному акустическому возбуждению с числом Струхаля На рис. 7.7 приведены третьоктавные спектры шума в дальнем поле этих струй при 120°.

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

Здесь обращают на себя два обстоятельства. Во-первых, так и в дозвуковых струях, наблюдается широкополосное усиление шума, особенно существенное при Во-вторых, в спектрах шума струи частота воздействующего возбуждения никак не проявляется.